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技术应用装配整体式混凝土框架结构设计要点(一)

发布于:2021-03-24 14:05:03 来自:装配式建筑/标准化设计 1 166

以下文章来源于同圆装配式建筑研究院 ,作者装配式建筑研究院 

装配整体式混凝土框架结构

Summary of Prefabricated Frame Design

套筒灌浆连接

01

套筒连接简介

套筒灌浆连接的工作原理

将需要连接的带肋钢筋插入金属套筒内“对接”,在套筒内注入高强早强且有微膨胀性的灌浆料,灌浆料在套筒内壁与钢筋之间形成较大的正向应力,在钢筋带肋的粗糙面产生较大的摩擦力,由此传递钢筋的轴向力。

套筒连接违背了规范关于钢筋接头同一截面不大于50%的规定,但这种连接方式经过了试验和工程实践的验证,是可靠的连接方式。

全灌浆套筒 是两端均采用灌浆连接的灌浆套筒; 半灌浆套筒 是一端采用套筒灌浆连接,另一端采用机械连接方式连接的灌浆套筒。

预制剪力墙构件 预制框架柱 等竖向结构构件的纵筋连接,可以选用半灌浆套筒连接,也可以选择全灌浆套筒连接。相同直径规格的全灌浆套筒与半灌浆套筒相比,以GT20与CT20H为例,全灌浆套筒的灌浆料使用量要 多65% 左右。

水平预制梁的梁梁连接如果采用套筒灌浆连接 应采用全灌浆套筒连接才能满足连接要求。套筒先套在一根钢筋上,与另一钢筋对接就位后,套筒移到两根连接筋中间,且两端伸入均达到锚固长度所需的标记位置后进行灌浆连接。水平预制梁的梁梁连接在设计时,在现浇连接区应留有足够的套筒滑移空间,至少确保套筒能够滑移到与一侧的出筋长度齐平,安装时才不会碰撞。施工安装时应控制两根连接筋的轴线偏差不大于5mm。


02

纵向钢筋套筒灌浆连接规定及注意事项

《装规》6.5.3

接头应满足行业标淮《钢筋机械连接技术规程》JGJ107-2010中I级接头的性能要求,并应符合国家现行有关标准的规定。

预制剪力墙中钢筋接头处套筒外侧钢筋的混凝土保护层厚度不应小于15mm,预制柱中钢筋接头处套筒外侧箍筋的混凝土保护层厚度不应小于20mm。

套筒之间的净距不应小于25mm。

预制结构构件采用钢筋套筒灌浆连接时,应在构件生产前进行钢筋套筒灌浆连接接头的抗拉强度试验,每种规格的连接接头试件数量不应少于3个(这一条是强制性规定)。

当预制构件中钢筋的混凝土保护层厚度大于50mm时,宜对钢筋的混凝土保护层采取有效的构造措施(如铺设钢筋网片等)。

套筒灌浆连接的承载力等同于钢筋或高一些,即使破坏,也是在套筒连接之外的钢筋破坏,而不是套筒区域破坏,这样的等同效果是套筒和灌浆料厂家的试验所证明的。所以,结构设计对套筒灌浆节点不需要进行结构计算,主要是选择合适的套筒灌浆材料,设计中需要注意的要点是:

①应符合《装规》和现行行业标准《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》(JGJ 355-2015)的规定。

②采用套筒灌浆连接时,钢筋应当是带肋钢筋,不能用光圆钢筋。

③《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》(JGJ355-2015)规定,灌浆套筒连接端用于钢筋锚固的深度不宜小于8倍钢筋直径.当采用大一级的套筒进行连接时,应按套筒规格计算锚固长度,如采用20mm规格的套筒连接18mm的连接筋,应按8x20mm进行锚固长度计算。


由于套筒外径大于所对应的钢筋直径,由此: 套简区箍筋尺寸与非套筒区箍筋尺寸不一样,且箍筋间距加密。结构计算时应注意由于套筒引起的受力钢筋保护层厚度的增大。

套筒连接的灌浆不仅仅是要保证套筒内灌满,还要灌满接缝和键槽。构件接缝一般为20mm高。


材料

01

规范规定

《装规》4.1.2 预制构件砼等级不宜低于C30;预应力砼预制构件的砼等级不应低于C30,不宜低于C40;现浇混凝土的强度等级不应低于C25。

《装规》4.1.3普通钢筋采用套筒灌浆连接和浆锚搭接连接时,钢筋应采用热轧带肋钢筋。PC构件不能使用冷拔钢筋,当用冷拔办法调直钢筋时,必须控制冷拉率(带肋钢筋冷拉率小于1%)。

装配式混凝土结构中,钢筋的锚固方式推荐采用锚固板锚固。钢筋锚固板的材料应符合现行行业标准《钢筋锚固板应用技术规程》的规定。

02

灌浆料

PC结构里面主要用到的灌浆料是钢筋套筒灌浆连接接头采用的灌浆料,应符合《钢筋连接用套筒灌浆料》- JGT408-2019的规定。


灌浆料以水泥为基本材料,并配以细骨料、外加剂和其他材料混合而成,按照规定比例加水后,具有流动性好、早强、高强及硬化后微膨胀的特点。


结构设计的

基本规定

01

一般规定

适用高度、高宽比、抗震等级划分、平面布置规则性规定方面装配整体式框架结构(装配整体式框架-现浇剪力墙)与现浇一样。

《装规》适用于民用建筑设计非抗震设计和6~8度设防烈度的装配式混凝土结构。9度设法烈度需要专门论证抗震设计。

《装规》6.1.4 :乙类装配整体式结构应按本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施;当本地区抗震设法烈度为8度且抗震等级为一级时,应采取比一级更高的抗震措施;当建筑场地为I类时,仍可按本地区抗震设法烈度的要求采取抗震构造措施。此条与现浇结构一样。

《装规》不适用于甲类建筑。

《装规》6.1.8 :高层装配整体式结构应符合下列规定:

①宜设置地下室,地下室宜采用现浇结构

②剪力墙结构底部加强部位的剪力墙宜采用现浇结构

③框架结构首层柱宜采用现浇混凝土,顶层宜采用现浇楼盖结构。《装标》框架结构的首层柱采用预制时,应采取可靠技术措施。

《装规》7.1.3 :预制柱水平接缝处不宜出现拉力(出现拉力则改现浇)。

《装规》6.3.1 在各种设计状况下,装配整体式结构可采用与现浇结构相同的方法进行分析。当同一层内既有预制又有现浇抗侧力构件时,地震设计状况下宜对现浇抗侧力构件在地震作用下的弯矩和剪力进行适当放大。


02

装配式框架结构的设计

与现浇框架结构的不同

●  模型个别参数选取

《装标》5.3.3条,内力和变形验算时,应计入填充墙对结构刚度的影响,当采用轻质隔墙板填充墙时,可采用周期折减的方法考虑其对结构刚度的影响,框架结构取0.7~0.9(现浇为0.6~0.7).

●  计算内容

装配式框架除完成现浇模型计算外,还要对叠合梁端、预制柱底等进行接缝抗剪强度验算,计算模型中构件保护层厚度不同。

● 地震设计状况

当同一层内既有预制又有现浇抗侧力构件时,地震设计状况下宜对现浇抗侧力构件在地震作用下的弯矩和剪力进行适当放大。

●  构造

(详后述)

●  设计理念

①预制柱矩形截面柱边长不宜小于400mm,圆形截面柱直径不宜小于450mm,且不小于同方向梁宽度的1.5倍。(有利于构件统一和钢筋排布)

②钢筋直径大、间距大。《装标》5.6.3规定,柱纵向受力钢筋的直径不宜小于20mm,纵向钢筋间距不宜大于200mm,不应大于400mm。

● 楼板对梁刚度影响

对现浇楼板和叠合楼板均可按高规近似取1.3~2.0的放大系数;无现浇层的装配式楼盖对梁刚度增大作用较小,可忽略不计。预制板之间采用整体式接缝,则考虑预制楼板整体对梁刚度贡献,若预制板之间接缝不连接,仅考虑现浇部分对楼面梁刚度的贡献。

●  保护层厚度


03

预制与现浇范围划分

柱需现浇

①《装规》规定框架首层柱宜采用现浇;

②楼梯间半层平台处柱、坡道处柱需现浇;

③大跨框架部位柱,单榀框架柱应现浇;

④多梁(≥5)交汇处的框架柱宜采用现浇;

⑤配筋较大,钢筋套筒排放不开;配筋较大与上层或下层预制柱无法连接时采用现浇。

⑥跃层柱、单跨框架柱等特别重要的柱宜现浇;

⑦出现拉应力的框架柱应现浇;

⑧与上翻梁相连的框架柱不宜预制。

梁需现浇

①为减少次梁与主梁的连接节点,尽量减少次梁的设置。

②受扭矩较大的梁宜采用现浇

③重量较大,无法吊装的梁采用现浇


节点选型与

拆分形式

01

拆分原则

  1. 考虑起重机的起吊吨位,构件不得超重。起重机起吊限重内,减少预制构件数量、连接节点数量和吊装频度可有效实现经济合理。

  2. 框架结构构件拆分部位宜设置在构件受力最小部位,如梁柱反弯点处,但目前还较难实现。

  3. 粱与柱的拆分节点宜注意避开梁塑性铰出现部位。

  4. 框架结构构件拆分考虑到构件生产与安装可实现性和便利性,如框架柱拆分点设置在层高处,框架梁的拆分点设置在梁柱节点区或附近。

  5. 构件拆分需考虑生产能力、工厂台模尺寸、运输及道路限制。

  6. 拆分宜做到少规格,对框架柱及梁(含配筋)尽量归并。

  7. 预制梁纵向钢筋水平连接对模具及施工要求较高,目前不宜实现;使得目前预制梁的拆分点宜设置在节点处。


02

节点选型

现浇梁柱节点

1

2

△现浇梁柱节点形式

梁柱现浇节点可以认为是刚性连接,装配整体式框架结构中梁柱节点现浇可使梁的纵筋在节点中锚固或贯通节点,与现浇混凝土相同,可以认为能够实现刚性节点。

现浇梁柱节点在预制柱与预制梁相交的地方,预留柱端纵筋,预制梁端钢筋,现场绑扎梁上部钢筋、梁柱节点箍筋,然后浇筑节点以混凝土。由于节点内钢筋较多,预制梁伸出钢筋较长,容易打架、碰撞,设计和制作时需采取措施避让,安装时需控制构件吊装顺序,施工较为复杂。

由于单根梁柱预制时,模台占用面积较小,预制效率高,且运输、吊装方便,现浇节点是目前我国最常用的拆分施工方式。

现浇梁端节点

在预制柱与预制梁相交的地方,柱端预留连接钢筋,预制梁端也预留钢筋,现场绑扎梁上部钢筋。梁箍筋、梁端钢筋与柱端预留钢筋通过套筒连接或其他方式连接,然后浇筑混凝土。《装配式混凝土结构技术规程》规定,套简距柱边不少于1.5ho, ho为预制梁有效截面高度。

为减少柱侧伸出的筋长度,当采用图中梁钢筋连接方式时,当套简左侧没有足够的塑性铰变形长度,结合部的钢筋会产生应力集中而发生脆性破坏。因此应设计成强连接,即加强套简左侧配筋确保在罕遇地震作用下处于弹性阶段,使塑性铰在套筒右侧区段形成。设计时,套简左侧梁柱结合部配筋荷载效应设计值可在右侧的荷载效应设计值基础上进行放大处理。此时套筒两端钢筋直径不同,应采用一头大一头小的套简即异径钢筋灌浆连接套筒。

梁、柱预制,梁端连接

梁纵筋连接


梁纵筋连接

梁柱节点预制,柱端连接

梁柱节点预制、柱端连接示意如图所示。在梁柱节点中设置供预制柱纵向受力钢筋穿过的波纹钢管,柱纵向钢筋穿过梁柱节点后用灌浆料填满钢筋与波纹钢管之空隙,在波纹钢管外设置规范要求的梁柱节点箍筋,如图3.7所示,考虑到构件在制作和施工过程中存在偏差,同时为了让灌浆料有足够的空间流动以填满波纹钢管与钢筋之间的空隙,《新西兰装配式结构指导手册》建议波纹钢管的直径为穿过钢筋直2~3倍。此种预制节点方式对于构件制作以及安装过程的精准度要求较高。必要时叠合板的面筋也要预留,且与现浇层的结合面应做成粗糙面。

节点与梁共同预制,柱端连接

柱纵筋穿过预制梁灌浆


梁柱节点预制,“T字形”“十字形”预制节点


梁、柱与梁柱节点一起预制,形成T字形,十字形预制节点构件,并通过梁与梁的拼接、梁端的连接、柱与柱的拼接、柱端连接等形式进行连接。此种方法可减少预制构件数量与连接数量,但在构件设计时应充分考虑构件运输与安装对构件尺寸和重量的限制。

T形构件连接

十字形构件连接

编辑:曹晓冉

审核:马彬亚

素材来源:同圆装配式建筑研究院
(欢迎转载,请标明出处,图文版权归原作者所有)
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只看楼主 我要回复
  • cadway
    cadway LV14 沙发

    谢谢楼主分享,可供装配式框架结构一次设计时借鉴,值得推荐!

    19天前 来自 PC 回复 举报
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